科技部：高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件研究取得突破

高性能计算机的运算速度主要取决于超结点中的CPU及CPU之间的数据传输和数据交换能力，但这种数据传输和数据交换速度慢、延迟大等问题阻碍了高性能计算机计算速度的提高。因此，迫切需要实现光数据交换代替电数据交换，大幅度的提高光数据交换的带宽、延迟、功耗、密度等性能。

在国家重大科学研究计划的支持下，中国科学院半导体研究所联合中芯国际集成电路制造有限公司（SMIC）、南京大学、国防科学技术大学、厦门大学等单位，开展了“面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件及其集成技术研究”，围绕高性能计算机光互连网络的体系结构、硅基混合集成激光器、硅基调制器、硅基光开关、硅基混合集成探测器和GeSi探测器等，经过近5年的协同攻关，该项研究取得了重大进展和突破。

该项研究属于纳米硅光子学领域，立项之初中国的硅光子的研究处于起步状态，仅有器件的设计能力，未掌握器件研制的核心技术，研制周期长且不可控，迫切需要建立中国自主的硅光子技术与研发平台。研发团队经过多年的努力，基于中芯国际集成电路制造有限公司（SMIC）微电子工艺的技术实力，成功打造出中国自己的硅光子技术平台和团队，中芯国际成为国内率先取得硅光子集成技术突破并具备生产级能力，具备了与国外硅光子技术平台竞争的实力。项目成功研制硅基混合微纳硅波导输出激光、硅基微纳调制器、硅基交换阵列、硅基混合探测器和GeSi探测器等核心硅基微纳光电子器件；成功研制了集成硅光子芯片，具有单链路光传输和交换功能；提出了高性能计算机光互连网络的光电并行双层体系结构，采用光传输网络和电控制网络协同工作的工作模式；探索研究了基于人工微纳结构调控的偏振复用新型光源和基于变换光学的微纳结构光存储新方案。相关研究成果于2015年和2016年在Nature Communication上发表。

研制成功的微纳核心光电子器件和硅光子芯片大幅度地提高了高性能计算机光互连网络的带宽、延迟、功耗、集成规模等性能，为我国高性能计算机未来的高速发展光互连网络奠定了重要的微纳光电子技术基础。